影响附着的因素 Factors Affecting to Adhesion

影响保护涂层系统的附着性能是全方位的并且贯穿于其整个服役寿命。从涂层系统的设计配方开始，然后油漆制造商进行生产流程的制造，制成半成品后经存储运输再储存，然后投入到涂装工程的施工流程，完成成品的工序并达成其所设计的部分性能，最终，整个保护涂层系统暴露在一个具有一定腐蚀性 corrosivity的环境中，在一定耐久性 durability期限内提供有效的设计性能（譬如，耐防腐性 corrosion resistance）。

我们可以想象一下，整个过程中的任何偏差 deviation和错误 error都可能导致保护涂层系统性能的减弱甚至消失，其中就包括涂层的附着性能。

在油漆配套系统的设计阶段，配方设计者除了附着性能之外，还需要考虑其他的性能要求，并最终寻求一个相对合理的平衡点，再考虑到成本的因素，那么这个平衡点就更为困难了。然后，就是油漆制造商的生产流程，以及后续的成品储存和运输等环节。

油漆施工期间的环境和条件，基材表面状态，质量检查和控制程度，每个环节都存在的许多可变因素。

我们将从影响附着性能的几个典型方面详做一介绍，这些方面包括，应力类型 types of stresses，基材类型 types of substrates，表面处理 surface preparation，油漆施工 paint application等。

1.应力类型 types of stresses

对于一个特定保护涂层而言具有两种形式的附着类型，一种是基本附着力 basic adhesion和实际附着力practical adhesion。而实际附着力是用来表示破坏粘附系统所需的力或功。

我们可以这样理解：如果受到足够强度的外力，则涂层系统将会发生断裂。只要此涂层断裂的外力强度高于我们设计的附着强度，我们就可以认为保护涂层的附着力是好的。这里再次说明一下，附着强度越高并不表示涂层其他性能就越好（譬如，防水性，防腐性等）。

聚合物层与基体界面的结合状况通常呈现两种方式，即如果界面的附着力超过涂层的内聚力 cohesion，则会导致内聚力破坏；否则，会导致附着力失效 adhesive failure，表明涂层和基底之间存在一定的分离。（如图1所示）

图示1，涂层系统中不同的失效类型：内聚力失效和附着力失效

涂层和基底之间的结合可能会受到应力的作用，因此可能最终由于几个外部因素而失效，这些外部因素要么独立作用，要么综合作用。

第一种是机械应力Mechanical Stress，在保护涂层系统中可能存在有规则的机械应力，这种应力不仅影响材料的体积，而且影响界面的结合强度。我们需要区分两种最为常见的应力类型，即垂直于界面的拉伸应力和沿接触面出现的剪切应力。

第二种是热应力Thermal Stress，由于涂层可能会经历温度的变化，有时变化很快，膨胀系数的任何差异都可能在界面应力条件下导致高强度的漆膜与基材分离。这种情况可能特别有害，因为温度的影响往往不如机械和化学因素那么明显。这种不易察觉不断积累的应力会集中在局部并达到临界点后，突然导致涂层结合力失效。

第三种是化学应力 Chemical Stress，是一种化学性的应力作用，可以渗透涂层并在界面处被吸收，从而导致此处的附着力消失。

不同类型的应力作用对于保护涂层系统的影响是不同的。如图2所示。

图示2，涂层系统中应力类型：机械应力，热应力和化学应力

当保护涂层系统暴露一个特定的腐蚀环境中，通常都会遭受多种应力的多重影响，涂层系统所面临的应力作用是十分复杂和严苛的，因此，在附着性能设计要求方面，仅通过单项应力测试和监控，例如拉拔法附着力测试涂层耐拉伸应力并据此判断涂层系统的整个附着性能是有失偏颇的，这种情况也是引起许多分歧和争议的原因之一。

确定一种实用性强的并能较为完整地评估涂层系统附着性能的现场/实验室的试验方法都还没有一个定论。许多人认为模拟涂层系统暴露环境的循环老化试验更为典型和贴切，参考 ISO12944-6, 9，ASTM B117等标准，但是，这种人工老化试验结果也在某些方面受到质疑。

机械性能在涂层系统设计中的考虑 Mechanical considerations for design of coating system。在涂层系统设计过程中，我们往往需要考虑诸多因素，譬如基材的类型和条件、施工的条件和工艺、涂层暴露的环境条件、腐蚀防护的年限以及相关法律，法规等，其中有一个影响因素往往会被忽略或者低估了，那就是涂层本身的机械强度 Mechanical Strength，以及所涉及到的各单个涂层机械强度相互之间的关系。这种被忽略或低估的机械强度会很大程度地影响到涂层的结合强度。

对于涂料的机械性能方面的考虑，主要包括：涂层机械性能相互间的匹配性和所选涂层的依次顺序。保护涂层配套的一条设计原则：最强机械强度的涂层，最接近基材（钢材）表面，而最弱机械强度的涂层，作为油漆配套中的面漆。

“断裂往往发生在环链中的最弱一环”。当涂层体系所承受的外部剪切磨损力和/或垂直冲击力大于涂层内部的内聚力或者涂层之间的附着力，则涂层体系就会发生破坏，涂层断裂是其典型的破坏形式。如果底漆的内聚力是最弱的，破坏就会发生在底漆涂层中，如此系统就会丧失其保护作用。如果面漆的内聚力是最弱的，则破坏只会发生在面漆层面，整个体系还会保留一定的保护性能。在面漆涂层具有较好柔韧性的前提下，较厚面漆可以吸收大部分外部施加的磨损力/冲击力，如此，可以达到减弱外部机械应力对于底部涂层作用力的效果。

不同的油漆品种/树脂类型具有不同的涂层机械强度（内聚强度），如图3所示，

不同的油漆品种/树脂类型具有不同的涂层机械强度（内聚强度），如图3所示，这里再次强调，作为涂层系统设计原则：最强内聚强度的涂层要接触基材，而最弱内聚强度的涂层则作为系统的面漆。这条原则也适用于涂层系统的修复和保养项目。如图3所示，所选涂料品种典型的内部（内聚）强度数值范围。根据ISO4624测量的拉开法附着力测试数值。

通常，我们在设计涂层系统时需要遵守几条经验法则 – 指南，具体描述如下：

a)超强环氧涂层仅涂覆于粗糙度大且密度高，呈尖锐轮廓的基材表面，或者其它超强环氧涂层表面，或者特别推荐的超强底漆表面；

b)高强度环氧产品不应该涂覆于常规的环氧或环氧富锌涂层表面；

c)含锌量高（干膜重量比大于85%）的环氧产品不能用于重防腐环境中需要承受较大磨损或冲击的环氧/聚氨酯体系。

d)硅酸锌在其覆涂前必须确保涂层完全固化。

有一种特殊涂层需要在涂层系统设计中加以考虑，就是车间底漆涂层。我们应该如何考虑油漆配套中车间底漆的机械性能的影响呢？车间底漆会减弱涂层体系的机械强度。但是，如果车间底漆具有良好的兼容性，并且实际膜厚较低，那么在常规环氧配套体系中这个薄弱环节可以视作一个临界点。

对于超强环氧产品而言，本身具有较高的耐磨性和耐冲击性，车间底漆的这个弱点在配套中通常是不可接受的。此外，车间底漆覆盖的基材表面轮廓通常都是不充分的（即，表面处理的粗糙度无法很好地满足超强环氧涂层的良好附着需求。